.2.3 Классификация пластинчатых теплообменников по схеме движения теплоносителей

I. Одноходовой пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник, в котором направление движения каждого из теплоносителей постоянно и не меняется по всей длине теплообменника, называется одноходовыми. Например, в классическом пластинчатом теплообменнике-испарителе кипящий фреон всегда движется по межпластинчатым каналам вверх. В классическом пластинчатом теплообменнике-конденсаторе конденсирующийся фреон всегда движется вниз. Соответственно теплоноситель (вода, рассол, гликоль и т.д.) в данных двух случаях всегда движется в направлении, противоположном направлению движения фреона.

Таким образом, главной отличительной особенностью одноходового пластинчатого теплообменника является 100%-ный противоток теплоносителей. В случаях, когда разница температур двух теплоносителей достаточно мала целесообразно применить многоходовой пластинчатый теплообменник.

II. Многоходовой пластинчатый теплообменник

Многоходовой пластинчатый теплообменник применяется в случаях, когда необходимо достичь небольшой разницы температур между теплоносителями. В таком теплообменнике патрубки располагаются как на передней неподвижной так и на нажимной торцевой плите. В многоходовом пластинчатом теплообменнике потоки меняют направление в одном или нескольких ходах. Это может привести к следующим явлениям.

Конденсатор, как правило, может работать с нагрузкой от 100 % до 0 %. Однако в случае восходящего потока это не так в связи с возможностью затопления конденсатора. В результате при малых нагрузках поток будет неустойчивым, что, в свою очередь, приведет к проблемам в управлении. Поэтому конденсатор должен быть спроектирован так, чтобы поток в последнем ходе был направлен вниз, по крайней мере, если конденсатор должен работать при очень низкой нагрузке по сравнению с расчетной.

Испаритель не может работать нормально при нагрузке намного ниже номинальной из-за затопления каналов и задержки масла. Следовательно, нисходящий поток мог бы исправить этот недостаток. Однако возникает другая опасность, заключающаяся в разделении фаз при низкой скорости потока - жидкость будет проходить через первые каналы, а пар - через последний.

Чтобы уменьшить эту опасность, в первом ходе, где поток имеет самую низкую скорость, он должен двигаться вверх. Такая схема теплообменников очень хорошо подходит для реверсивных чиллеров. Поток хладагента меняет свое направление при реверсировании, когда кондиционер превращается в испаритель, и вышеупомянутое требование выполняется в обоих случаях.

Рассмотрим рисунок 8:

Рисунок 8

На рисунке 8 показана только одна сторона. Другая сторона является симметричным отражением относительно горизонтальной оси, т.е. имеет такие же газовыпускные и сливные отверстия. Число проходов не обязательно должно быть одинаковым на обеих сторонах.

А, Б. Газовыпускными и сливными отверстиями служат обычные соединительные патрубки.

В, Г. Для каждой стороны на передней или задней плите необходимо установить дополнительный газовыпускной или сливной патрубок.

Д, Е. Для каждой стороны на передней и задней плитах необходимо установить дополнительный газовыпускной и дополнительный сливной патрубок.

Ж, З. На одной из секций невозможно установить газовыпускной или сливной патрубок при любом расположении патрубков.

И, К. На одной из секций невозможно установить газовыпускной и сливной патрубки при любом расположении патрубков.

На рисунке 9 представлен теплообменник, двухходовой по воде и одноходовой по хладагенту.

Такая многоходовая схема имеет следующие основные свойства:

 Допускается только один входной и один выходной патрубки.

 Стороны независимы. Можно иметь разное число ходов на каждой стороне, но не все варианты являются разумными.

 Общее количество водных каналов на один больше, чем каналов хладагента, т.е. каждый канал хладагента окружен водными каналами.

 В исключительных случаях - обычно, при малом перепаде температур между средами - каждый ход отделяется от соседних пустым холодильным каналом. В этом случае водных каналов больше, чем холодильных, на число ходов.

 В случае несимметричной группировки каналов - неравного числа ходов на сторонах теплообменника - в одних группах каналов теплоносители будут двигаться в противотоке, в других группах в прямотоке, независимо от расположения входных патрубков.

 В случае симметричной группировки каналов - равного числа ходов на сторонах теплообменника - в каждом ходе будет пластина с противотоком в соседних каналах. Это может создать проблемы, если на ход приходится малое количество каналов при условии малого перепада температур.

 Соединение соседних ходов имеет либо форму буквы U, либо перевернутой буквы U. Это означает, что при останове системы в нижней части U-образных секций может остаться жидкость, а при пуске в верхней части перевернутых U-образных секций может остаться газ.

Чтобы полностью выпустить газ или слить жидкость из такого ППТО, необходимы дополнительные выпускные отверстия. Возможные варианты их расположения приведены на рис. 8. Поскольку теплообменники с более чем тремя ходами практически не применяются в холодильной технике, то проблем с выпуском газа и сливом жидкости не возникает. В нормальном режиме работы для предотвращения образования газовых пузырей необходимо, чтобы перепад давлений в каждом ходе был не меньше гидростатического давления, определяемого перепадом высот.

Применение многоходовых ППТО обусловлено, в основном, следующими причинами:

 Положение патрубков. Двухходовая схема дает возможность расположить патрубки на одной линии с трубами для теплоносителей.

 Меры борьбы с замерзанием или загрязнением.

 Обеспечение режимов с большой термической длиной.

 Более полное использование доступного перепада давлений